TWI222033B - Fingerprint input apparatus - Google Patents

Description

I222033 五、發明說明（1) 發明所屬之技術領域·· 本發明係有關於一種指紋輸入裝置，特別係有關於一 種利用二維影像感測器擷取一指紋影像之指紋輸入裝置。 先前技術： 在在習知利用二維影像感測器之光學指紋輸入裝置 中，包括一種光學反射式指紋輸入裝置，以及一種光學傳 導式指紋輸入裝置。近來，上述光學傳導式指紋輸入裝置 逐漸受到重視。 在上述 一手指並於 線後經由該 由此獲得。 指之一目標 表面射出之 對時，具有 然而， 處理，如 縮小以及功 光線量的均 的，該光線 之受測表面 另一方 與厚度微小 光學傳 手指内 手指表 針對光 表面區 光線量 較穩定 當上述 此將導 率消耗 勻性便 乃由手 部散射 面射出 學傳導 域擷取 可較為 且較可 光線量 致價格 難以降 成為一 指之一 紋輸入裝置 ’同時於該 ，精由該射 式指紋輸入 一指紋影像 均勻，因此 靠之優點。 不均勻時， 成本難以降 低專缺點。 重要課題； 側射入，其 中，一光線首先進入 手指内產生一射出光 出光線，一指紋影像 裝置中，對於在一手 時，上述經手指皮膚 實施於指紋辨識或校 則需要大量的修正計 低，且具有尺寸不易 有雲於此，如何達成 又’為了達成此目 中該側相對於該手指

為了付合近來對上述 化之要求，夂括* 4 各種應用盘方 指紋輸入裝置之尺寸 法如第1圖至第3圖所

2130-5296-PF(Nl);Tklin.ptd 第5頁 1222033 五、發明說明（2) 示。特別地，於第1圖中所示，光線由一發光源發射至該 手指之末端。 又，如第2A與2B圖中顯示，數個發光二極體（LED)作 為發光源並發出光線至一手指之側邊。 至 再者’於第3圖中顯示由發光二極體（LED)發射出光線 手指之一受測表面。然而，在如上之各習知技術中， 於e玄受測表面之光線里並不均勻。對於此光線量不均勻之 現象’往往需要且勢必無法避免大量的修正計算。 請參閱第4圖，於此圖一光纖基板丨〇〇具有藉由複數光 纖所組，之光纖束，其中該光纖束乃作為擷取指紋影像之 用，又每條光纖具有一光纖軸，該光纖軸之方向皆相對於 該光纖基板100上之手指接觸表面呈一特定角度傾斜，此 方法通常使用光學傳導系統作為一光線發射系統。 主要地，該光線乃經由一相對於手指受測表 圖所示），或者經由位於手指側邊之發光源('如 圖所不）所發出。又偶爾地，亦可應用並結合如 第1圖所示，藉由發射光線至該手指之末端。 =用光纖基板之方式亦可應用於光學反射式指紋 ΐϋυ:如第5圖所示’一發光源發出光線後， 壚走，发ί或曲折地從一側邊而到達上述光纖基板中之光着 ίί之：rc由引導至一手指之受測表面，並於該 束中。43生擴散反射’之後並經導引而到達該光纖 接者請參閱第6圖，該圖係顯示另一習用之技術。其

1222033 五、發明說明（3) 一Λ線傳導環11075用以固定手指位置，發光二極體 產生之光線乃經由或採折角地從該光線 較低側發射出去，並經由兮φ妗 守衣u υ之 纖基板m上之手指上由述=線年傳;VT0 f入位於該光 # Λ ^, πη ,, 这厶由手扣傳導之光線乃藉由該 j基，〇〇中之光纖束導引至一二維感測器。在 光線乃糟由該光線傳導環110作為一光學引導裝置 2該手#。藉此該光線可經由該手指側邊進人而該 手指内。 接著再請參閱第7圖以及第8圖，#中該二圖 一習知具有一光纖基板1丨〇，之指紋輸入裝置。i中' | 纖基板110’乃結合一照射光纖以及一量測光纖了又該=射 光纖係用以引導從發光二極體（LED)發出之光線至一手 指，以及該量測光纖係作為導引光線傳送經由該手指至一 二維感測器之用。士口第7B圖所示，其中該照射 於該量測光纖呈傾斜。 & 訂 在使用二維感測器之薄形（不使用透鏡或折光物體）指 紋輸入裝置中，該二維感測器會受到手指中因累積 戶^ 產生之靜電所影響。其中，若靜電荷具有非常高之能量， 甚至該二維感測器可能損毀，為了避免上述靜^荷:二’ 響，當該感測器為使用-光學感測器時，一種利用銦：氧 化物（Indmm Tln Oxide， ITO )形成之透明電極層乃役 置於該感測器之表面並將之接地。 θ ° 又’當遠感測器為一靜電容式感測器時，一種抗靜電 電極將不能使用於該表面上，如第8 Α以及8Β圖中所二砰一

1222033 五、發明說明（4) ' -- 靜電容式感測器1 7具有一相對較寬之導電罩丨6，其中該導 電罩16形成於該電容式感測器17之感測表面或量測表=之 周圍，並且將該導電罩1 6接地。 近年來有鑑於穩定性與解析度的要求，上述光學指紋 2，裝置逐漸受到重視。再者’隨著車用行動電話：以及 一般行動電話除了談話外之用途日益廣泛，因此對於安全 性’特別係對於個人認證的要求逐漸增加。 提供-種於操作更穩定且更可靠，同時尺寸 薄、功率消耗更低以及價格更便宜之指紋輸入裝置。如先 ^發明背景中所述及，-種利用二維影像感測器與光纖基 ，之指紋輸人裝置，&來已被A量地應用於指紋輸入之

紗^ f此型指紋輸入裝置，一指紋聚焦部於厚度上縮減。 二：為：光線發射結•’由於同時需在減低光線量之不 :勻又與縮小尺寸和厚度之要求下作取捨，因此尚未能建 :?可兼顧與滿足的方法。為了儘可能縮小在量測表面 =ί線量之不均勻性，一種最佳方法是從一相對於手指量 :表面，手指另一側（即指曱端）發射光線，然而，此方法 而要一較手指厚度更大之空間，且不能應用於一極度微型 化之裝置’例如使用日益廣泛之行動電話等。如此，基於 空間上之限制，除了經由一手指之側邊或經由手指量測表 面之一側射入光線外，將無法使用任何其他方式。 _舉例而言，考慮結合如第6圖中之方法，如該圖所 示，光線曲折地經由該光線傳導環丨丨〇之較低側發射出

2130-5296-PF(Nl);Tklin.ptd 第8頁 圮22033

光線傳導環11 〇係可作為一手指定位導引件； 光線從發光二極體（LED)發出至空氣後，進入 % 11 0以作為一手指定位導引件。依據如上之 將會產生大量的光能損耗，因此為了補償此光 光源勢必增加亮度以克服此缺點，然而如此又 消耗的增加。另一方面，為了避免功率消耗增 能補償光線量均勻度的不足，光線必須經由一 鄰接點，並通過作為手指定位導引件之該光線 如此將可以提升在該量測表面上之光線量均 去’其中該 尤其，藉由 該光線傳導 結構設計， 能損耗，發 將造成功率 加，並同時 量測表面之 傳導環1 1 〇， 勻度。 、，其中，如第1圖中所示，假使光線由一手指之末端之 I光源射出，通常會直接進入正對於量測表面之光纖；然 而’在手指底部附近部分位置所接收之光線量並不充足 又如同第7 A、7 B以及第5圖中所示，光線亦可直接發射 至該手指之量測表面處。於7A、7B圖中，用以射出光線之 照射光纖被安置於鄰近感測指紋之量測光纖旁，且該照射 光纖相對於該量測光纖呈傾斜；從發光二極體（LED)發出 之光線經過該照射光纖至手指，於這個例子中，由於該照 射光纖的關係將導致解析度下降；此外，光纖基板的配置 必須能結合延伸方向各不相同之照射光纖以及量測光纖，+ 這將導致製造成本上的增加，因此此方法並不符合對於降 低成本之要求。 如第5圖所示，一光線發出後曲折地從一光纖基板中 之光纖束之較低側到達一手指，於此習知技術中並不需要

2130-5296.PF(Nl)；Tklin.ptd 第9頁 1222033 五、發明說明（6) 上述的照射光纖。光線發射後經由量測光纖（包括鍍金屬 的部分）到達手指之量測表面，光線由指紋凹陷處散射經 過空氣層而被感測為一亮區。然而，該方法基本上係屬一 種光學反射式的量測，當利用外界光線（根據白天時間量 測）的情形下便呈現為一光學傳導模式。此時，容易產生 相消點（cance 1 i ng po i nt )，並導致量測時的不穩定。

由於現今習知之微型化指紋輸入裝置技術已為人所 知，其中可見於日本專利編號3045 629案中申請專利範圍 第3項，一種類似上述發明之操作原則已經揭露於前。此 操作方式係基於光線直接發射至一手指，並經手指表面散 射，部分反射自手指表面上凹陷處以及凸出部之光線，不 同程度地射入光纖基板上之光纖中。 地，部 端與光 小之損 紋凹陷 係隨著 接觸表 力口，又 折射後 ，當光 ，部分 指紋之 致於可 線射入 因此光 分來自 區域並 ，使得 纖軸傾 之開口 光識中 ’若反 將難以 界表面 來自凸 之孔) 光線4 現象 光線於光纖基才 斜一角度使得i 率，則光線經i 特別 出部之末 上具有較 經過一指 且反射率 上之手指 線反射增 空氣層之 因此 孔徑較小 又，對於 很少，以 分來自凸 纖之末端 耗。另一 處所形成 入射角變 面反射。 光纖若具 將難以進 纖轴傾斜 來自空氣 凸出部而 減低干擾 出部之光 相接觸， 方面，部 之空氣層 大而增加 因此，光 有一較小 入到上述 一角度時 層之光線 言，在邊 。因此， 光纖時， 線於光纖 凹陷部之 產生折射 射率較大 進入光纖 的反射現 出部和凹

或光 内。 象相 陷部

1222033 五、發明說明（7) " 射至光纖内的比例將不相同，並形成一較高之對 比0 述概念 對曰本 ，當經 ’其光 纖孔（ 而，假 南之光 增加。 設入射 斜85 〇 面並造 述長軸 時之考 容，藉 上 面，針 所揭露 纖束時 上述光 然 氣層更 角度而 度，假 必須傾 圓形截 其中上 際應用 利之内 已揭露於美國第4932776號專利中 ， 第3 045 6 29號專利之申請專利範圍第三項中 由指紋凹陷部空氣層而來之光線進入上述光 纖軸必須呈傾斜以使一反射之臨界角可超過 亦即超越所有反射臨界角之範圍）。 使由空氣層來之入射光進入一反射係數較空 纖中時，原則不存在臨界角且反射率係隨著 其中，如第9圖所示，考量一反射臨界角 角~係等於85 °時反射率為5〇 %，則光纖細 ;、如此，上述光纖之端面將具有一極長之橢 成長軸與短軸方向之影像解析度明顯不同， =向將具有解析度下降之缺點。基於上述實 ®，可由已揭露之上述美國第4932776號專 以尋找一最佳之條件。 此外，在使用上述光纖 高電能累積於手指，將影響 (Large Scale Integrated 荷必須被減低。在上述已存 測表面具有一透明電極層薄 T i n Ox i de， I TO )。然而， 量的靜電荷無法被同時釋放 壞薄膜本身；更近一步地， 基板的方法中，由於靜電荷之 影像感列器中之大型積體電路 Circuit， LSI )，因此靜電 在之習知技術中，感測器之量 ，+例如銦錫氧化物（I n d i u m 薄膜具有一高電阻，以致於大 二而且靜電荷經放電後可能破 薄膜因重複且長時間接觸手

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士匕 曰’將導致外層磨損而使放電之功能減低。 如上所述，由於抗靜電之電極如銦錫氧化物（I το ) \，無法應用此表面，如第8A以及8B圖中所示，靜電容感 $裔1^具有一相對較寬之導電罩16，形成於感測表面周圍 乍為:抗靜電保護罩。然而，靜電容感測器17之表面不能 被此類相對較厚的絕緣薄膜所保護，因此，如果手指在到 達上述抗靜電罩之前，先接近上述感測器，則靜電荷將被 釋放至上述感測器而造成感測器的損壞。 發明内容： 本發明可提供一種指紋輸入裝置，特別係有關於一種 利用二維影像感測器擷取一指紋影像之指紋輸入裝置。 (一） 本發明係為一指紋輸入裝置，包括一發光源以 及一基板，其中該發光源用以發射光線，以及該基板包括 一手指接觸表面，與一手指相接觸以擷取該手指之指紋影 像。藉由使該發光源發出之光線進入該手指部份實質中 心，其中該部份包括一位於該手指之手掌側之一第一關 節’且使該發光源與該手指接觸，用以將該發光源所發出 之光線導入該手指内散射，並匯集由該手指内射出之光線 以形成該指紋影像。 (二） 如上述第（一）段所述之指紋輸入裝置，其中 該手指之手掌側包括第一關節之該部分為一區域介於離指 尖較近且距離第一關節1 0mm之一界線，以及離指尖較遠且 距離第一關節1 Omm之另一界線之間。

2130-5296-PF(Nl);Tklin.ptd 第12頁 1222033 五、發明說明（9) 兮某板俜iΐ述第（_ )段所述之指紋輸入裝置，其中 複數個光纖所組成。 、 先纖束，其中泫光纖束由 # (四）如上述第（三）段所述之指紋輸入穿晉± φ 該等光纖各呈右一伞她红 | κ相、又r刖入衮置，其中 朝該基板之；指接=;§以該基板之法線方向為基準， 之間。手私接觸表面傾斜-特定角度介於45。至60。

Jiiii述第（三）段所述之指紋輸入裝置，其中 Ϊ先纖基板具有-周圍端面，環繞於-接地之導電物質 〇 兮手二Ϊ i Ϊ上Ϊ第（五）段所述之指紋輸入裝置，其中 該端部上。 ^炫蜍電物質係形成以攀附於 _導電材^1上!ί ΐ上五）段所述之指紋輸入裝置，其中 a导％材質為一遮光性材質。 川:ϋίίϊ (一）段所述之指紋輸入裝置，其中 :凸出部’其中除了包含第-關節之 μ外，该凸出部環繞於指尖以供該手指定位，又該凸出 部包括一斷面（section)，於面對該手指之一側沿該 指延伸。 (九）如上述第（八）段所述之指紋輸入裝置，更包 括一附加發光源，並藉由該ώ出部傳導該附加發光源所發 出之光線。 (十）如上述第（九）段所述之指紋輸入裝置，其中

第13頁 A222033 五、發明說明（10) 該凸出部於面對 指，又該傾斜面 該手指之 包括一遮 第一半區域，光線經由讓 面於接近手指尖之一第二 (十一）如上述第（ 中該發光源發出 介於820nm至980 (十二）如 中該發光源包括 該發射元件晶片 件晶片外圍，其 折射率介於手指 (十 如 中該基板具有一 線與該手指至一 為使本發明 懂，下文特舉出 詳細說明如下： 一近紅外 nm ° 上述第（ 一光發射 用以發射 中該包裝 皮質表面 上述第（ 導光元件 適當位置 之上述目 一較佳之 側具有一傾斜面以適合於該手 光部，位於接近該手指底部之一 附加發光源發射，並透過該傾斜 半區域射向該手指。 一）段所述之指紋輸入裝置，其 線光，其中該近紅外線光之波長 一）段所述之指紋輸入裝置，其 元件晶片以及一包裝體，用其中 光線，該包裝體包覆於該發射元 體由可導光之塑膠材質製成，其 之折射率1 · 8以下。 ’、 一）段所述之指紋輸入裝置，其 ，位於该基板周圍，用以導引光 〇 ，、特徵和優點能更加明顯易 實施例，並配合所附圖式，作— 實施方式： 首先’冑參閱第10圖，於第一實施例 輸入裝置為一光學傳導形式，並具有一光纖其/月之指紋 為了使手指1可與光纖基板3接觸並指土 2 ’其令 像，光纖基板3具有—可與手则觸之^面的指此纹外影… 2]30-5296-PF(Nl);TkJin.ptd 1222033 五、發明說明（11) -- 發光源2發出光線，光線從發光源2射出後首先被導引至手 指1内部，並於手指i内散射，接著光線由手指表面射出。 藉由感測遠射出之光線，可得到一指紋影像。 其中’發光源係配置使得發出之光線可進入手指1掌 側包含第一關節之部份實質中心位置，其中發光源2係與 手指1接觸。較佳地，手指丨掌側包含第一關節之部分係定 義於第一關節上下1 〇 m m範圍之區域。亦即，該手指1掌側 包含第一關節之部分為一區域介於離指尖較近且距離第一 關節1 Omm之一界線，以及離指尖較遠且距離第一關節i 〇隨 之另一界線之間。 又，光纖基板3係包括一由複數光纖組成之光纖束，着. 由發光源2發出之光線首先被導入手指丨内，並於手指丄内 散射’然後由手指1表面射出。上述射出之光線接著被導 引透過光纖基板3上之光纖而到違二維感測器4，藉由二維 感測器4感應輸出光線可得到指紋影像。 上述指紋輸入裝置具有一感測表面（或者一手指接觸 面）’如圖所示’其中感測表面上除了相對於發光源2之 f置外，皆佈設有一遮光部8。其中，藉由二維影像感測 器4所彳于到之指紋影像被送到一指紋影像處理電路2 4，經 過處理然後傳送一輸出訊號至一指紋校對電路2 &中，以執讀^ 行指紋校對工作。如前所述，本發明係配置發光源2使得 發出之光線可進入手指1掌側包含第一關節部份之實質中 心位置，並使發光源2與手指1楱觸。 ' 於習知技術中，光線由發光源射出後首先進入空氣中

2130-5296-PF(Nl)；Tklin.ptd 五、發明說明（12) 然後進入手指。或去冰 位導引件進入手ί内ί線於發射後經過空氣，透過手指定 量。為了補償此二二t°此二損耗50%至80%的光能 的區域導人手指。秋^，光線必須經由接近量測部位 入光線處之中央區=:田 述量測部位中，&能量於導 損宝量測時之；二戍與周圍區域將產生明顯地差異，並且 損害里測％之可靠性與穩定性。 於本發明中，一 φ p弓加人 間位置處，用以作為：f: f於手指第一關節與指尖之中 /乍為一 ®測部。近紅外線發光源2係正對 於上述第：關卽之位置，且相對該量測部間隔一適當距 離光線行進上述距離並於手指丨内散射，可減低光的不 均句性。相，之下，假使光源採取由手指丨側邊照射的方 式，則光能量分佈較不均勻且無法有效地聚集在中央區 域’如此將使得指影像中央形成一較暗區域。在本實施例 中、，透過配置單-發光源2於手指第一關節纟，光線由發 光源2發出後不只可照射部份靠近第一關節處之量測表 面，更可藉以補償量測表面靠近指尖處暗區亮度之不足， 同日可可增加整體景> 像之對比並抑制光線亮度的不均勻。 上述功效可見於如第11圖中經實際量測之結果（經二 維感測器所传之免度分佈），進一步地，本發明中手指1 係經按壓而接觸於上述發光源2 ;如此，光線不需透過空 氣介質使得介於手指1與發光源2介面之光損耗可減低。換 言之，由於光學損耗小，發光源2可有效降低功率消耗。 尤其’藉由配置發光源2於靠近第一關節之位置，可以達 到提升照明效果並形成指紋影像，同時可抑制亮度的不均

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五、發明說明（13) 勻。 藉由上述之原理，本發明可大幅改善習知技術之缺 點，此外，結合^下之技術特徵，可更加有效提升本發明 於實際使用上的效能與穩定性。 (一）請參閱第1 2圖，該圖係表示本發明第二實施例 中之一指紋輸置，其中於光纖基板3中之每條光纖具 有一光纖軸，光纖輪係由光纖基板上手指接觸表面之法線 朝手指根部方向傾斜一角度0 (45。< 0<6〇。)。藉由此 結構，亮度之不均勻性可減低並增加對比效果。因此，即 使在較差的f測條件下，仍可進行一穩定之量測。 再請參聞第圖’其中箭頭19係表示經由手指内每一 點之光線入射’或是由一點光源發射之光線強度以及方 向。其中，樺號20表示一光纖之包覆層（cladding)，21表 示光纖之蕊心’以及圖中標號22顯示指紋之凸出部、23為 凹陷部。又’ P0 了視為'一維光源位置，P〗表示一鄰近二維 光源之位置，以及匕表示遠離二維光源之位置，p3表示一 指紋凸出部鄰近二維光源之位置，I表示遠一指紋凹陷部 鄰近二維光源之位置，表示一指紋凸出部遠離二維光源 之位置，P6示遠一指紋凹陷部遠離二維光源之位置。 p〇 -1 8〜P6 -1 8分別表示〜位置之光線方向分佈，0 c則是 表示光線於光纖内產生全反射之臨界角。 由於手指會自然散射光線’因此在手指内光線行進方 向的分佈係近似於^一圓形（如第1 3圖所示）。特別地，考 量入射至一已知點的光線方向，假設PQ可視為二維光源中

2i3〇-5296-PF(Nl);Tklin.ptd 第 17 頁 1222033 五、發明說明（14) :位f署Ρ'ί透過手指骨頭反射後所形成，如此二維光源 二ΐ有一較強之光線分佈。然❿，光線也可能 伙其他方向入射以致於4:始士 ^ φρ v UD 於先線方向分佈係成一橢圓形（第13 上1 2 1 8 )，同樣地於指紋凸出部中亦存在上 i 於凹陷部的陰影部份造成些 :的：'(第13圖中P3—18以及P5—18);其中，若光纖軸 :二“上述方向’則更多的光線將被導引至全反射臨界角 心靶圍内’並使得原本較亮區域的亮度更亮。另一方面， 由於大部份光線於手指和空氣邊界產生折身卜並於凹陷部 和手扣之邊界產生反身于’使得光線進入指紋凹陷部之空氣 層後明顯地散射，s此光線方向的分佈更接近一圓形（第 13圖中1^18以及Μ8)。此外，光線在光纖端面與空氣 介面所產生反射現象將使入射至光纖的光線進一步減少。 基於上述原因，光纖軸的傾斜對於位於凹陷部光線並 沒有重要的關聯性與影響。更近一步地，並不存在反射之 ，界角。因此，如第9圖所示，當傾斜角度（入射角& ) 等於或大於80。時，光纖傾斜的方向與角度將與發光源有 關，亦即I容易地增加光線之反射量，同時可找出一最佳 值。根據實驗數據顯示，一最佳實施方式係將光纖轴沿光 纖基板之法線方向傾斜一角度介於45。至6〇。之間，並將 光纖方向導向位於第一關節附近之發光源。 (二）請參閱第14A與14B圖，該二圖顯示本發明第三 貫施例中之指紋輸入裝置。光纖基板3具有一周圍端面， 並被一接地之導電材質13包圍。再請參閱第15A與丨56圖，

2130-5296-PF(Nl);Tklin.ptd 第18頁 1222033 五、發明說明（15) έ亥一圖顯示本發明第四實施例中之指紋輸入裝置。一導電 材質1 3攀附於光纖基板3上方手指接觸表面之端部丨5。其 中，上述導電材質13為一遮光材質。 在習知薄形指紋輸入裝置中，雖然感測器為一光學形 式，然而由於手指的靜電荷累積，影響二維影像感測器4 的特性或甚至破壞的情形仍無法被忽視，因此如何設計一 有效防制靜電影響成為一重要課題。

如上所述，光纖基板3之周圍端面被例如金屬之導電材質 1 3所環繞’同時具有導電性以及遮光之功能。部份導電材 質1 3可‘爬至手指接觸表面上之端部丨5，藉由將導電材質 1 3接地，可有效避免靜電荷累積於手指内。此外，導電材 質1 3可避免非預期的外部干擾光線經由光纖基板的側邊進 入，如此導光材質13可具有上述雙重作用。

(二）請參閱第丨6圖，該圖顯示本發明第五實施例中 之指=輸入裝置，除了上述包含第一關節的位置處外，上 述手指接觸表面具有一凸出部5環繞手指丨之指尖，如圖所 不，上述凸出部5 —部份朝手指i方向延伸。再請參閱第i 7 圖，該圖顯7F本發明第六實施例中之指紋輸入裝置，一凸 出部5具有-附加發光源'(如⑽晶片），光線由該附加發 光源射出後，經過上述凸出部5。如第16以及17圖所示，x 其中凸出部5之部份呈三角形且可傳導光線。又，僅單一 上表面設有適合手指1之曲線形狀，因此當手指1接觸時不 會產生不舒服感。本發明藉由上述凸出部5作為一導引件 以使得手指接觸面積増加，且可有效導引照射之 1222033 發明說明（16) 外’部份凸出部5 一 / 其他側邊表面反*光二線\=使//目對於手指1正面方向之 可完全傳遞至手射率僅些微不同’因此光線幾乎 構無法運作，秋而、ΐ::到凸出部5導件而使上述光學結 仍可由手指i側~邊Λ5 w方向發出之光線 出部5導件，部份. ^内练上所述，若沒有上述凸 光線將無法有效地被利用。 )明參閱第18圖，該圖顯示本發明第眚 别入衷置，凸出部5導件具有一斜 之一側並適合於手指丨。 位於面對手扎1 部5接近手指i根部之一第一半區域。光先==出 接近指尖斜面上之一笼一主p ω Λ &位於凸出口Ρ5 之第一 +區域之附加發光源6發射至手 指1 〇 凸出部5導件係接近於量測表面，因此由凸出部$導件 進入之光線可能入射至量測表面並造成光學干擾 (cros多talk)，此外假使光線由一與量測表面距離很小 之位置入射至手指1，將增加亮度的不均勻性。有鑑於 此’非常接近量測表面之一部分被一遮光材質覆蓋並形成 一遮光部7，用以抑制光線的干擾和不均勻性。 (五）在上述第一（第10圖）、二（第12圖）、五 (第16圖）、六（第17圖）、七（第18圖）實施例中，發 光源2產生近紅外線光，具有波長介於820至98Onm之間。 因此假使發光源為一近紅外線光源時，光線於手指1内衰

1222033 £、發明說明（17) 減报少，並可產生一較低電功率以主 可減低因距離發光源2較遠位置〜:―〉月晰影像，如此 度的不均勻性。 里’則。卩位所產生光線亮 (六）在上述第一（第1〇 括一發光二極體2a作為一光發射;轭例中，發光源2包 質組成之包裝體2b包覆上述二此外由導光塑膠材 塑膠材質具有一折射係數大於手^極體2二又，上述導光 其中，發光二極體2a之包f體2^之折射係數U。 材質，一般而言，並不特別強锢本貝上為一透光塑膠 然而，在一低功率指紋輸入裝置中：J:::之折射，。 力。因此’上述透光塑膠材質;“托：m 於手指！皮膚之折射係數1>8，然而羊；=儘可能趨近 之範圍内’光傳導率的減低 ：=:折射率小 範圍’發光二極體之包裝體材質丄：可二 1 乂，如此一來光學損耗可有效抑 率為0·80以上）。 /0从円（先傳導 如第19圖所示，（Ρ —手指100 %接鰥、y 光峨光線穿出包裝體至空氣而進入“;：使上自發 =二：則=裝體至空氣之透光率則很小。因此如 第19圖所不，當包裝體材質的折射 損耗將大於60 %。 /日f，光 以及20B圖，該二圖顯示本發明第八實施 20:以及2。丄i至（六）點所述之技術特徵。於第 20A以及20B圖中’手指"系沿凸出部5導件朝光纖基㈣方 i 第21頁 1222033 五、發明說明（18) ^---- 向按壓，其中光纖基板具有傾斜之光纖軸。同時手指丨係 放置使得第一關節與一近紅外線發光源丨〇 —丨接觸以作’於 紋量測（如第10圖中對應之發光源2 )。在正對指尖的位曰 置，一紅色（或綠色）發光二極體9-2於手指1處用作為一 指示燈；如此即使在暗處，手指丨透過接觸凸出部5導件， 仍可放置在一適當位置。由於近紅外線光源丨〇 —丨具有一平 坦之上表面，發光源1 〇 _丨可相對於第一關節具有較大 壓接觸面積。 、此外，複數個近紅外線發光源1 0-2發射近紅外線光， 並輾轉地透過由導光材質製成之凸出部5導件，經由手指工 之較低側導向橫向側邊；如此，可滿足左右兩側之光線強 亮度。此外，在作為照明量測表面時，藉由位於量測表面 端部之四顆紅色發光二極體9 —丨，可補充光線量的不足， 並可作為一手私1定位之指示燈以及量測之輔助光源。綜 上所述，導引光源9- 1和9-2可產生光線並導引手指1至一 光纖基板3中之適當位置。

如第20A、20B圖所示，光纖基板3周圍端面被一接地 之金屬框結構之導電材質13所環繞。上述金屬框具有一端 面”泫光纖基板3表面一致，以使得手指接觸時不會感到 2。雖然大致看起來手指並未充分接觸，然而由於金屬 :有^佳的導電性’且光纖基板3具有絕緣性，因此當手 才曰1 \近時，累積於手指1之電荷將經由金屬框被釋放。 發明的效果在於提供一指紋輸入裝置，可於平面上 、’、mm之空間中设有光纖基板、二維感測器、手指導件

1222033 五、發明說明（19) " ------—___ 置具有微型心i量測表面。如1"b，本發明之指紋輸入裝 可廣i地K孩ίί小手指亦可實施量測，因此可發明更 、便用。其中上述光纖基板中之光纖軸相對而言且 角度介於45。至6°。之間，因此於長軸方二 一析又並未被犧牲，且藉由使用高效能之近紅外線發光 :極體實施照射，可具有低功率之優點，並可使指紋輸入 凌置適=於小型行動電話等裝置。此外，如第20A、20B圖 中之手指導件，由透明或半透明樹酯製作，具有反射率介 於1 · 4至1 · 8之間，相對接近皮膚之反折射率。於手指導件 中之光線被導入手指内，可達到4 〇 %以上之透光率。相較 於光線穿過空氣，光線的使用效率可增加3 〇 %以上，同時 照明所需之電能亦可大幅減少。此外，藉由設置具有平坦 頂面之發光二極體於第一關節附近，可使手指平滑地接 觸。综上所述，本發明可舒適地使用且無損於量測之穩定 性。 藉由設置如第10圖中發光源2 C或如第20A、20B圖中 之近紅外線光源1 0 - 1 )，可得到如第11圖所示之指紋影 像。當沒有上述發光源的情況時，可得到如第2 1圖所示之 指紋影像。首先，如第21圖所示之照明方式，兩個發光源_ 分別設置於量測表面左右兩側，其中大部份習知照明方式 使用前述之配置。以第2 A、2 B圖之配置方式為例，指紋影 像將於一中心、較低位置特別暗（如第2 1圖所示），一中心 較低位置似乎失去了對比。指紋被二維感測器讀取影像

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五、發明說明（20) 後。 如第21圖 右側，以及橫 方向亮度分佈 朝手指根部方 點附近較廣之 時量測將不穩 法量測。為了 這將增加功率 另一方面 2 0 B圖中之近乡 中心區域，特 被減低，並可 體而言橫向對 纖係朝手指之 出之光線敏感 心區域之不足 效果。由於光 表面並接地， 屬部份將產生 擾。若手指接 以避免感測器. 致之功能錯誤 一絕佳之絕緣: 所示’一長軸方向亮度分布顯示於指紋影像 向亮度分布顯示於指紋影像下方。其中長轴 於中心具有一相對整體而言較小之對比，並 向減小，又橫向亮度分佈無法有效在一中心 區域形成對比。假使手指接觸與乾燥度不佳 定，此結果將導致機能失常或狀況不良而無 補償不足的對比，必須使用大量的計算，而 消耗與成本。 ^ w \ Λ1-1 P\1 L· Ό ί\ 、 L外線光源1 ο - 1 )，亮度增加於長軸方向之 別在較低側處。因此整體對比的不均勻性步 得到如第1 1圖所示之指紋影像。特別地，省 比較強且均勻。其中，每條光纖基板上之另 第-關節方向傾斜’因此感測發光源1〇 度將增加。士。此可補償光線量於手指長軸； ，並可顯*經過量測表面之光線被等量化之 部份遍佈整個端部周圍 Ρ使砟電何累積大置旎量於手指巾，上 量測部之損壞以及特性之干 ，或者因靜電荷於量 二外故:::;;:觸具:光纖保護=為 手才“亚觸光纖’放電產生並不 1222033 五、發明說明（21)會直接導向感測器而會導向周圍之金屬部份。 ί

I ΙΙ11ΒΙ1 2130-5296-PF(Nl);Tklin.ptd 第25頁 1222033

圖式簡單說明 第1圖係習知照射光線至手指末端之示意圖； 第2 a、2 係分別表示習知由手指側面照射光線之俯 視圖與側祝_ ’ 第3圖係2 :習知由手指較低側照射光線之示意圖； 第4圖係表示另一習知技術之示意圖； 第5圖德表示另一習知技術之示意圖； 第6圖係表示/一習知技術之示意圖； 第7A、7B圖係分別表示習知指紋輸入裝置中光纖基板 之側視圖以及立體圖； 第8A、8B圖係分別表示習知靜電容感測器知立體圖以 及側視圖； 第9圖係表示‘知靜電容感測器光線來自手指凹陷部 (空氣）時透光率與入射角之關係圖； 第1 〇圖係表示本發明第一實施例之示意圖； 第1 1圖係表示本發明第一實施例藉由二維感測器所得 之指紋影像责度分佈圖（發光二極體位於第一關節下方 第1 2圖係表示本發明第二實施例之示意圖； 第1 3圖係表示手指内光線方向分佈之示意圖； 第1 4 A、1 4 B圖係分別表示本發明第三實施例之指紋輸 入裝置之立體圖以及側視圖； 第1 5 A、1 5 B圖係分別表示本發明第四實施例之指紋輸 入裝置之立體圖以及側視圖； 第1 6圖係表示本發明第五實施例之示意圖；

a

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圖式簡單說明 第1 7圖係表示本發明第六實施例之示意圖； 第1 8圖係表示本發明第七實施例之示意圖； 第1 9圖係表示發光二極趙包裝體與手指接觸時（p 手指100 %接觸）’包裝體材質（P )之折射率與透光P 關係圖； '

第20A、20B圖係分別表示本發明第八實施例之指紋輸 入裝置之立體圖以及側視圖； ' "，J 第2 1圖係表示本發明第一實施例藉由二維感測器所得 之指紋影像壳度分佈圖（發光二極體非位於第一關節下方 符號說明： 1〜手指； 2a〜發光二極體； 3〜光纖基板； 5〜凸出部； 9 - 1、9-2〜發光二極體； 1 5〜端部； 1 7〜電容式感測器； 20 〜包覆層（cladding); 22〜凸出部； PQ〜二維光源位置； P2〜遠離二維光源之位置 P2 - 1 8〜P2之光線方向分佈 2、6〜發光源； 2b〜包裝體； 4〜二維感測器； 7、8〜遮光部， 1 3〜導光材質； 1 6〜導電罩； 、1〇0’〜光纖基板； 21〜蕊心； 2 3〜凹陷部； p〜鄰近二維光源之位置， ;p1 _ i 8 ~ P1之光線方向分佈； ;p1 _ H 之光線方向分佈；

2130-5296-PF(Nl);Tklin.ptd 第27頁 1222033 圖式簡單說明 P4 - 1 8〜P4之光線方向分佈；P5 - 1 8〜P5之光線方向分佈； P6-18〜P6之光線方向分佈；0〜傾斜角； 0。〜臨界角； 1 0 - 1、1 0 - 2〜近紅外線發光源； P3〜指紋凸出部鄰近二維光源之位置； P4〜指紋凹陷部鄰近二維光源之位置； P5〜指紋凸出部遠離二維光源之位置； P6〜指紋凹陷部遠離二維光源之位置。

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Claims (1)

1. %年Ί月丨曰 修正丰 種指紋輸入裝置，包括： 一發光源，用以發射光線； 一基板，包括一手指接觸表面，與一手指相接觸以擷 取該手指之指紋影像； 猎由使該發光源發出之光線進入該手指部份實質中 心’其中該部份包括一位於該手指之手掌側之一第一關 節’且使該發光源與該手指接觸，用以將該發光源所發出 之光線導入該手指内散射，並匯集由該手指内射出之光線 以形成該指紋影像。 2.如申請專利範圍第1項所述之指紋輪入裝置，其中 該手指之手掌側包括第一關節之該部分為一區域介於離指 尖較近且距離第一關節1 Omm之一界線，以及離指尖較遠且 距離第一關節1 0mm之另一界線之間。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之指紋輸入裝置，其中 該基板係為一光纖基板，具有一光纖束，其中該光纖束由 複數個光纖所組成。 4.如申請專利範圍第3項所述之指紋輸入裝置，其中 該等光纖各具有一光纖軸，以該基板之法線方向為基準， 朝該基板之手指接觸表面傾斜一特定角度介於45°至6〇。 之間。 5 ·如申請專利範圍第3項所述之指紋輸入裝置，其中 該光纖基板具有一周圍端面，環繞於一接地之導電材質 中〇 6 ·如申請專利範圍第5項所述之指紋輸入裝置，其中

   2130-5296-PFl(Nl).ptc 第29頁 12^¾ # i 觸表面包括-端部’該導電物質係形成以攀附於 言亥導7電ΪΓίί:;::5質項所述之指紋輪入裝置，其中 呤车8社f申請專利範圍第1項所述之指紋輪入穿置，1 士 二=i i該凸出部環繞於指尖以供該手指定位，又談I之 ^ 一斷面（sect i〇n )，於面對該手指一^出 指延伸。 t 側>σ該手 9·如申請專利範圍第8項所述之指紋輸入 附加發光源，並藉由該凸出部傳導該^包 出之光線。 町加發先源所發 兮Λ W口申請專利範圍第9項所述之指紋輸入裝置，复中 ;凸出部於面對該手指之-側具有-傾斜面以JU: =斜面包括一遮光部，位於接近該手 面於接：ΐ指ίί經Γ:加發光源發射，並透過該傾斜 巩于扣大之一第二半區域射向該手指。 姑益土 ·、如申明專利範圍第1項所述之指紋輸入裝置，其中 二。；源發出一近紅外線光，其中該近紅外線光之波i介 於82〇nm 至980ηιη。 & η 12.、如申請專利範圍第1項所述之指紋輸入裝置，其中 二，光源包括一光發射元件晶片以及一包裝體，用其中該 1曰ί 7L件晶片用以發射光線，該包裝體包覆於該發射元件 曰曰片外圍，其中該包裝體由可導光之塑膠材質製成，其折

   122眺 號 91132204 A_Ά. 曰 修正 -六、申讀ϋ遞® 射率介於手指皮質表面之折射率1 · 8以下。 1 3.如申請專利範圍第1項所述之指紋輸入裝置，其中 該基板具有一導光元件，位於該基板周圍，用以導引光線 與該手指至一適當位置。

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